Plant Cell | 西班牙马拉加大学揭示病原真菌利用几丁质酶活性的效应蛋白躲避植物防御反应！

有些植物病原菌更擅长避免冲突，而不是管理冲突。白粉病真菌Podosphaera xanthii就是这样的情况，由于它具有几丁质酶活性的效应蛋白(EWCAs)，其在感染过程中成功避开了植物的感知。植物通过识别被称为微生物相关分子模式(MAMPs；也被称为病原菌相关分子模式或PAMPs)感知潜在有害微生物的存在（PNAS | 染色质磷酸化蛋白质组学揭示PAMP触发免疫中核定位蛋白AHL13的功能！）。MAMPs是很保守的微生物分子，被称为模式识别受体(PRRs)的植物细胞表面蛋白识别。一旦PRRs检测到微生物，植物免疫系统就会启动：活性氧等有毒化合物积累，植物启动数百个防御相关基因（Cell | 瑞士洛桑大学研究揭示植物根部免疫系统如何区别对待病原微生物和有益微生物！Cell Host & Microbe | 植物根部采用细胞层特异性程序响应病原微生物和有益微生物！New Phytologist | 德州农工大学揭示镰刀菌细胞壁提取物触发植物免疫反应的机制！Journal of Biological Chemistry | 深度解读植物免疫系统的分子基础！）。为了克服这些防御并成功入侵它们的宿主，病原菌已经进化出各种各样的效应因子，在不同水平上抑制植物的免疫反应（PLOS PATHOGENS | 英国约克大学最新研究阐明卵菌效应蛋白致病机制！PNAS | 三层防御与反防御！N-糖基化保护病原菌效应蛋白免受宿主蛋白酶的攻击！Science Advances | 王国梁和王旭丽团队揭示真菌效应蛋白调控线粒体动态并抑制植物免疫！Nature Communications | 稻瘟病菌的细胞核效应蛋白通过转录重编程调控宿主免疫！PLOS PATHOGENS | 宿主-病原菌军备竞赛的升级：宿主抗性反应与细菌毒力反应增强相对应！）。一个出色的策略是在MAMP识别级别上拦截检测，本质上是“在雷达下飞行”。

几丁质是真菌细胞壁的一种成分，是真菌产生的最具特征的MAMP。几丁质本身并不被植物细胞直接识别，而是被植物分泌的几丁质酶分解成几丁质低聚物。植物PRR CERK1识别碎片几丁质并激活植物防御。为了避免几丁质引发的反应，真菌进化出了不同的策略（eLife | 张正光团队研究揭示稻瘟病菌逃避宿主植物免疫反应的精细机制！）。例如，一些真菌分泌几丁质去乙酰酶，将几丁质转化为壳聚糖，一种不能被植物几丁质酶处理的化合物。另外，其他真菌物种分泌结合几丁质或几丁质低聚物的蛋白质，使它们不被植物几丁质酶或几丁质受体发现。

近日，国际权威学术期刊Plant Cell发表了西班牙马拉加大学Alejandro Pérez-García教授团队的最新相关研究成果，题为Effectors With Chitinase Activity (EWCAs), a family of conserved, secreted fungal chitinases that suppress chitin-triggered immunity的研究论文。同时，德国柏林自由大学的Valentin Hammoudi在Plant Cell上为该研究撰写了题为The art of passing unnoticed: pathogenic fungi remain incognito thanks to EWCA effectors的简介。

该研究阐明了葫芦白粉病菌Podosphaera xanthii（一种活体营养病原菌）克服几丁质引发的免疫反应的策略。作为研究的起点，科研人员研究了P. xanthii的基因组，并发现了几个编码Podosphaera效应蛋白(PECs)的基因。这些基因在N端编码具有相同信号肽的非特征蛋白。此外，这些PECs的诱导与真菌侵染叶片时初级吸器(取食结构)的建立有关。结合蛋白质建模和蛋白质配体预测，本研究揭示了PECs和几丁质酶之间预测的结构相似性。与此相一致的是，一些PECs在体外表现出几丁质酶活性。随后，这些PECs被重新命名为具有几丁质酶活性的效应蛋白或EWCAs。

利用宿主诱导的基因沉默方法，在接种P. xanthii的瓜类植株上，研究证实与对照相比，下调EWCAs可导致真菌生长减少和更强的植物免疫激活。引人注目的是，这种免疫反应几乎完全依赖于通过植物受体CERK1感知几丁质，因为共同沉默真菌EWCAs和植物CERK1导致了一种类似的模式来控制P. xanthii侵染植物。首次使用“通过农杆浸染组织的生长转化”工具在白粉病菌细胞中表达GFP融合效应蛋白，共聚焦显微镜证实EWCAs在真菌侵染的早期定位于植物乳突，这是活体营养真菌进入植物组织的首要位置。EWCA最有可能通过将几丁质寡聚物消化到太小而无法被CERK1检测到，从而削弱了植物的防御能力。最有可能的是EWCAs通过消化几丁质低聚物到CERK1无法检测到的大小来抑制植物的防御。这种策略代表了一种新颖的伪装机制以避免被宿主免疫受体识别。最后，BLAST比对显示EWCAs在病原真菌中广泛分布。值得注意的是，一些带有EWCAs的真菌物种对昆虫、线虫甚至人类具有致病性。虽然每个EWCA同源物的特异性仍然难以捉摸，但是这些效应因子使病原菌逃离几丁质触发的免疫反应似乎在病原菌中广泛保守，从而启动宿主的成功感染。这些新的EWCAs的发现为我们了解病原菌如何避免诱发宿主免疫系统增加了另一个难题。

图1. Podosphaera xanthii显示了九个PEC的高度保守家族具有典型的效应蛋白表达

图2. PEC基因的沉默对真菌生长和植物防御反应的激活产生了负面影响

图3. PEC 3D模型显示不同的几丁质酶之间以及彼此之间的高结构同源性

图4. His标记的PEC1666、PEC1961、PEC2158和PEC5191在体外具有几丁质酶活性

图5. His标记的PEC1666、PEC1961、PEC2158和PEC5191在体外对不同的几丁质底物具有几丁质酶活性

图6. 带有His标记的PEC1666、PEC1961、PEC2158和PEC5191将降解的嵌合寡聚体分解成小单元

图7. PEC活性与从真菌细胞壁释放的几丁质片段的加工有关

图8. PECs位于植物乳突和一些未成熟吸器的囊泡中

图9. EWCA在真菌病原菌的不同物种中广泛分布

图10. EWCA示意图

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